我们理所当然地认为智人是现存的唯一人类物种，但过去并非如此。从我们物种在几十万年前起源到几万年前，多种人类物种曾与我们共同存在于这个星球上。智人与其他人类家族成员有何区别？为什么只有我们的谱系存活至今？长期以来，科学家们一直在化石和考古记录中寻找这些问题的答案。最近，他们开始挖掘现存和已灭绝人类的基因组——包括尼安德特人——以寻找线索。
尼安德特人和鲜为人知的丹尼索瓦人是我们最近的进化亲戚，因此我们与他们有很多共同的 DNA。但我们也有智人特有的等位基因或基因变异。今天在线发表在《科学》杂志上的研究确定了这些智人特有的变异，并集中研究了一种特别的变异，这种变异可能对我们大脑的发育方式带来了关键性的改变。
加州大学圣地亚哥分校的克莱伯·特鲁希略和艾莉森·穆奥特里及其同事比较了现代人类、尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组，发现只有 61 个基因改变将现代人类与我们已灭绝的表亲区分开来——这是一个非常小的数字。“我原本预计会发现数百或数千个，”穆奥特里说。
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穆奥特里推断，这少数几个改变的基因一定做了重要的事情。但是做什么呢？作为一名研究大脑发育的分子生物学家，他对能够显著影响大脑的智人特有的改变特别感兴趣。他专注于一个名为NOVA1的基因，该基因已知控制着数百个其他基因的活动，并在发育的早期阶段发挥重要作用。NOVA1 看起来像是评估穆奥特里选择的实验系统的良好候选者：大脑类器官，即培养的脑细胞簇，它们形成特定脑区域的微型版本，在本例中是皮层。
我们的NOVA1 版本与尼安德特人和丹尼索瓦人的版本仅相差一个碱基对。为了弄清楚这种改变如何影响基因的功能，穆奥特里和他的合作者需要知道古老版本的基因做了什么。利用 CRISPR 技术，他们用古老的NOVA1 替换了干细胞中的现代人类NOVA1 基因，并观察这些经过改造的干细胞形成皮质类器官。
结果令人震惊。具有现代人类NOVA1 的皮质类器官呈球形，而具有古老NOVA1 的皮质类器官则呈爆米花状。古老的类器官不仅外观不同，而且它们的神经元行为也不同。具有古老NOVA1 的类器官中的神经元比完全现代的神经元更早开始放电，表明它们的成熟速度比具有现代NOVA1 的类器官中的神经元更快。携带古老NOVA1 的类器官中的神经网络的发育或功能方式也与完全现代的类器官中的神经网络不同。
穆奥特里指出，黑猩猩的神经元也比现代人类的神经元成熟得快得多，考虑到黑猩猩在出生时比人类更独立，这很有道理。“黑猩猩宝宝会比人类宝宝更聪明，”他说。我们的大脑需要更长的时间才能发育，但回报是成年后更高的认知复杂性。穆奥特里推测，现代人类变异的NOVA1 可能会减缓神经元的成熟，使智人有时间发育出比古代人类更复杂的大脑。
巴塞尔大学的分子生物学家 J. 格雷·坎普没有参与这项新工作，但他赞扬了该团队的研究。他说，这项研究“表明人们可以复活一个原本已消失在历史中的古代人类等位基因，并在培养皿中对其进行研究”。“这真是太了不起了。”
尽管如此，穆奥特里和他的同事们承认，他们的方法有局限性。他们将单个古代基因添加到原本现代的细胞中。很难知道他们观察到的效果是否反映了古代基因的真实功能，或者类器官中古代和现代元素的混合是否产生了现代或古代人类中都不存在的全新特征。
穆奥特里说，研究现代人类具有独特变异的其他 60 个基因可能有助于解决这些不确定性，特别是如果研究人员能够创造出完整的尼安德特人细胞。他说，这种大规模的基因组操作目前尚不可能，但可能在两三年内实现。
与此同时，对是什么使我们成为人类的进一步见解可能来自其他类器官实验，这些实验可以模仿大脑，也可以模仿肠道、皮肤和其他组织。今天的人们携带一些尼安德特人 DNA，这是尼安德特人与智人之间很久以前杂交的结果。坎普和他的合作者已经证明，这些幸存的古代等位基因可以在类器官中进行研究。他们对这些古代基因变异在肠道中的功能特别感兴趣。“在我们的进化历史中，肠道细胞已经暴露于各种微生物、病毒、营养物质、毒素和其他动态环境变数中，”他说。“我们很好奇这些压力如何影响了人类的肠道。”
在现代人类基因组的第一个草图发表 20 年后，以及尼安德特人基因组的第一个草图发表 11 年后，令人震惊的是，研究人员可能最终正在接近使我们成为我们的生命密码的改变。